酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

張 巍，尹聚才

（甘肅鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

探尋煉鐵成本高低的關(guān)鍵因素可以發(fā)現(xiàn)，配料方案的成本受到爐料結(jié)構(gòu)的影響，因此需要對酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化。控制煉鐵過程的優(yōu)化控制進(jìn)程，并利用數(shù)學(xué)模型控制高爐爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化內(nèi)容[1]。在固定生產(chǎn)成本的范圍內(nèi)，利用多流體高爐數(shù)學(xué)模型調(diào)整高爐爐料結(jié)構(gòu)[2]。在成本優(yōu)化模型的影響下，以生產(chǎn)成本最小化為基礎(chǔ)核心開發(fā)爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型[3]。調(diào)整高爐煉鐵高爐爐料的結(jié)礦結(jié)構(gòu)，重新計(jì)算爐內(nèi)鐵水中的含硅量。在保證燃料利用率的前提下，結(jié)合高爐爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，對高爐操作的穩(wěn)定進(jìn)行作出保證。全過程性地優(yōu)化燒結(jié)內(nèi)容，并計(jì)算高爐所需冶金性能參數(shù)。

1 酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 構(gòu)建高爐爐料數(shù)據(jù)處理器

根據(jù)酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化的連接設(shè)置，重新確定酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)的連接順序。按照爐料結(jié)構(gòu)的坐標(biāo)工作臺(tái)控制開關(guān)接線，并設(shè)置高爐爐料結(jié)構(gòu)正負(fù)限位，同時(shí)利用原點(diǎn)開關(guān)作出連接控制[4]。根據(jù)變頻進(jìn)給軸控制接口，連接變頻高爐爐料結(jié)構(gòu)的限位開關(guān)，通過三路驅(qū)動(dòng)變頻接口確定控制數(shù)據(jù)處理啟動(dòng)開關(guān)的位置。增加限流保護(hù)應(yīng)急斷電功能，完成高爐爐料數(shù)據(jù)處理器的構(gòu)建。

1.2 爐料結(jié)構(gòu)元器件選型

為保證酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)內(nèi)核與處理器運(yùn)行嵌入相匹配，需要選擇與爐料結(jié)構(gòu)嵌入相關(guān)的調(diào)試器，并針對爐料結(jié)構(gòu)元器件的浮點(diǎn)數(shù)作出結(jié)構(gòu)計(jì)數(shù)。通過專業(yè)的燒寫工具確定接口電平，并計(jì)算鎖相環(huán)的個(gè)數(shù)，完成對爐料結(jié)構(gòu)元器件設(shè)備控制的需求。

2 酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)酒鋼高爐爐料數(shù)據(jù)仿真函數(shù)

通過酒鋼高爐爐料的物料平衡規(guī)律，以及高爐爐料的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，確定高爐爐料燒結(jié)的最佳方案。為此，根據(jù)對應(yīng)爐料的目標(biāo)函數(shù)、以及過程變量確定爐料數(shù)據(jù)類型變量的仿真函數(shù)。

由于高爐爐料結(jié)構(gòu)的過程變量受到工藝參數(shù)的約束，如果要確定高爐爐料的低燒成本，就要對高爐爐料結(jié)構(gòu)的化學(xué)成分作出合理分析。由此設(shè)計(jì)燒結(jié)礦堿度的標(biāo)準(zhǔn)，并以焦粉約束條件作為極值范圍的約束條件由此計(jì)算高爐爐料的低燒成本，公式如下。

其中，酒鋼高爐爐料的最低成本為X，則第i種原料配入量的大小為Xi，對應(yīng)配入原料的價(jià)格大小為Pi，已知配入原料的種數(shù)為由此得到燒結(jié)配料優(yōu)化取值范圍，如表1所示。

表1 燒結(jié)配料優(yōu)化取值范圍

根據(jù)酒鋼高爐爐料燒結(jié)配料優(yōu)化取值范圍重新確定線性規(guī)劃函數(shù)的調(diào)用內(nèi)容，在整個(gè)高爐爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化工藝中，根據(jù)爐料燒結(jié)的相關(guān)化學(xué)成分計(jì)算爐料的成分。已知高爐爐料中爐渣堿度及渣量不受爐料結(jié)構(gòu)影響，因此可將爐渣堿度及渣量作為松弛變量帶入線性規(guī)劃函數(shù)中，由此得到酒鋼高爐爐料配料比系數(shù)，計(jì)算公式如下。

其中，酒鋼高爐爐料綜合收料率的表達(dá)式為K，則酒鋼高爐爐料中合金元素的控制量集合為(a1,a2,…,an)，合金元素的配料含量集合為(b1,b2,…,bn)。按照酒鋼高爐爐料的配料比系數(shù)計(jì)算酒鋼高爐爐料數(shù)據(jù)仿真函數(shù)，公式如下。

其中，ai、bi分別為酒鋼高爐爐料合金元素的控制量集合和合金元素的配料含量集合的值。P(x)高爐爐料合金元素中的可行解函數(shù)，(P1(x),P2(x),…,Pn(x))為控制量集合中可行解函數(shù)的取值。

利用酒鋼高爐爐料數(shù)據(jù)仿真函數(shù)構(gòu)建酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化模型，并據(jù)此設(shè)計(jì)最優(yōu)酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)。

2.2 構(gòu)建酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化模型

根據(jù)酒鋼高爐爐料數(shù)據(jù)仿真函數(shù)的計(jì)算結(jié)果確定高爐爐料的平衡范圍，并根據(jù)仿真函數(shù)的取值范圍確定載能引入的基礎(chǔ)核算能值，將最低高爐爐料能耗帶入仿真函數(shù)中求得酒鋼高爐爐料的雙目標(biāo)函數(shù)，計(jì)算關(guān)鍵性約束條件。從堿度、供氧量、焦炭配加量等多個(gè)方面確定原料的能耗價(jià)格，由此得到目標(biāo)函數(shù)的需用量約束條件如下。

其中，高爐爐料的用量表示為ix，由此得到第i種高爐爐料用量的上下限表達(dá)式為Kimin、K imax。在高爐爐料結(jié)構(gòu)中加入調(diào)整成分，使得高爐爐料結(jié)構(gòu)的冶煉達(dá)到平衡。由此得到酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化模型如下。

其中，酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)鋼量的下限為Qmin，其中成分指標(biāo)變量的表達(dá)式為iω。Genuine高爐爐料的能量收支情況把控冶煉周期，將整個(gè)爐料的流動(dòng)過程與能量流圖融合，計(jì)算得到爐渣熔化熱等相關(guān)參數(shù)的大小，據(jù)此完成酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

2.3 完成酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化

利用酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化模型，分析并確定酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化的能量收支狀況，并通過流動(dòng)過程重新確定高爐爐料的各部分吸收熱，由此得到高爐爐料的能量收支表達(dá)式，如下。

其中，酒鋼高爐爐料的吹氧化學(xué)反應(yīng)放熱集合為(Qi n1,Qin2,…,Qin6)，酒鋼高爐爐料加熱熔化廢鋼的能量集合為(Qo ut1,Qout2,…,Qout6)。酒鋼高爐爐料內(nèi)提供反應(yīng)界面的是爐渣，通過鋼液與隔離作用提供吸氣和過氧化反應(yīng)，增加爐渣的熱量并提供爐襯，以此在高爐爐料內(nèi)堆砌更多堿性耐火材料，以此提高酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化效果。

3 系統(tǒng)測試

為驗(yàn)證酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化的性能，利用酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化模型模擬不同組別爐料結(jié)構(gòu)的組成。對比應(yīng)用酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)的組別爐料結(jié)構(gòu)與其他未應(yīng)用本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三組別爐料結(jié)構(gòu)，計(jì)算不同爐料結(jié)構(gòu)的熟料比。

3.1 確定爐料結(jié)構(gòu)的荷重軟化性能

通過酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化模型計(jì)算出4組爐料結(jié)構(gòu)的荷重軟化性能，如表2所示。

表2 爐料結(jié)構(gòu)的荷重軟化性能

根據(jù)爐料結(jié)構(gòu)的荷重軟化性能確定不同爐料結(jié)構(gòu)的構(gòu)成，如圖1所示。

通過不同爐料結(jié)構(gòu)的構(gòu)成，在最小成本的范圍內(nèi)選擇爐料結(jié)構(gòu)更單一的軟化區(qū)間由此確定不同爐料的熟料比。

3.2 測試結(jié)果

按照荷重軟化性能布置爐料結(jié)構(gòu)，計(jì)算得到應(yīng)用組與其他三組爐料結(jié)構(gòu)的熟料比，如表3所示。

表3 不同爐料結(jié)構(gòu)的熟料比

分析表中數(shù)據(jù)可知，未應(yīng)用酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)的第一組爐料結(jié)構(gòu)的熟料比最高為0.684，第二組爐料結(jié)構(gòu)的熟料比較第一組低，第三組爐料結(jié)構(gòu)的熟料比較第一組與第二組更高，比較得到未應(yīng)用酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)的熟料比最高為0.700，而應(yīng)用酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)的爐料結(jié)構(gòu)熟料比最高為0.873。因此，應(yīng)用酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)的爐料結(jié)構(gòu)能夠提高熟料比的產(chǎn)出，更具有應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)語

通過本文研究，提高爐料結(jié)構(gòu)中熟料比的產(chǎn)出，使得酒鋼高爐爐料的結(jié)構(gòu)更加合理，提高了酒鋼高爐爐料的料柱透氣性。今后應(yīng)繼續(xù)利用爐料模型優(yōu)化原料供應(yīng)模型，提高酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)運(yùn)行的穩(wěn)定性，并改善高爐爐料的煤氣利用率，使得酒鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)中的熱量分布更加穩(wěn)定。